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Departamento

de Engenharia Eletrotécnica

Criação de ferramentas e controlo de recursos

para a execução de Overall Equipment

Effectiveness em Processos Industriais — Estágio

na MDA, Moldes de Azeméis, SA

Relatório de Estágio apresentado para a obtenção do grau de

Mestre em Engenharia Eletrotécnica — Área de Especialização em

Automação e Comunicações em Sistemas de Energia

Autor

Alexandre Francisco Ferreira Pereira

Orientadores

Carlos Manuel Borralho Machado Ferreira

Inácio de Sousa Adelino da Fonseca

Instituto Superior de Engenharia Coimbra

Supervisor na Empresa

Carlos Manuel Alves da Silva

MDA, Moldes de Azeméis, SA

Coimbra, abril, 2016

Criação de ferramentas e controlo de recursos para OEE Agradecimentos

Alexandre Francisco Ferreira Pereira iii

AGRADECIMENTOS

Ao Professor Doutor Inácio de Sousa Adelino da Fonseca e ao Professor Doutor Carlos Manuel

Borralho Machado Ferreira por toda a disponibilidade prestada durante a realização do estágio,

pela orientação e apoio, bem como pela oportunidade de organizar o estágio na MDA, Moldes

de Azeméis, SA.

Ao Engenheiro Carlos Manuel Alves da Silva, por todo o apoio dado e pelos ensinamentos que

me transmitiu.

Ao Grupo Simoldes, pela excelente oportunidade da realização deste estágio neste grupo que é

uma referência nível mundial.

A toda minha família, em especial à minha Mãe e ao meu Irmão, pelo apoio e orgulho

demonstrado durante todo o meu percurso académico.

A todos os que contribuíram de alguma forma para a pessoa que sou hoje, em especial a Emília

Paiva, Adérito Francisco e Arlindo Francisco.

A Cátia Freitas por todo o apoio demostrado ao longo deste percurso.

A todos as pessoas do Grupo Simoldes, principalmente a todos os que estão na equipa de

métodos & processos e investigação & desenvolvimento pela boa integração e apoio

demonstrado. Também à equipa de manutenção da Simoldes Aços o meu obrigado. Um

agradecimento especial à equipa que esteve diretamente ligada a este projeto em particular ao

Mickaël Pinto Oliveira pelo seu companheirismo, dedicação e profissionalismo ao longo do

desenvolvimento deste projeto.

Aos meus amigos e colegas da faculdade por todo o espírito de entre ajuda e por todos os bons

momentos vividos.

Agradeço a todos os que contribuíram de alguma forma para a realização deste trabalho.

Criação de ferramentas e controlo de recursos para OEE Resumo

Alexandre Francisco Ferreira Pereira v

RESUMO

Perante o desenvolvimento cada vez mais acelerado que presenciamos no mundo atual, a

qualidade dos produtos finais e o cumprimento de prazos para o cliente são fatores decisivos

para a indústria global. Neste sentido a utilização eficiente dos recursos de uma empresa são

posições que cada vez mais se manifestam como a chave para o desenvolvimento.

A empresa Simoldes Aços, pertencente ao Grupo Simoldes, onde se realizou o estágio, é uma

empresa dedicada à produção de moldes para a injeção de termoplástico. O rápido crescimento

da empresa, verificado ao longo destes 50 anos de existência obriga a uma melhoria contínua

no sentido de diminuir custos operacionais e ao aumento de rentabilidade. O objetivo do projeto,

associado ao estágio, é o aumento da rentabilidade de máquinas CNCs. Com este intuito um

sistema automático de monitorização de máquinas CNCs foi desenvolvido no decorrer do

estágio. O sistema de monitorização permite saber em qualquer altura, o estado em que as

máquinas se encontram (a trabalhar, em preparação de trabalho ou paradas). Previamente ao

desenvolvimento desta tecnologia era impossível saber ou registar o estado das máquinas com

mais idade na empresa. Assim o operador da máquina tinha a responsabilidade de registar de

forma manual os diferentes estados e respetivos tempos. Atualmente consegue-se registar de

forma automática os intervalos de operação entre diferentes estados.

O desenrolar deste projeto é caracterizado por três fases distintas.

A primeira fase correspondeu à pesquisa e análise pormenorizada de sinais disponíveis nas

diferentes máquinas, nas quais se pretendia aplicar o sistema de monitorização.

Na segunda fase procedeu-se a elaboração de hardware e software para a plataforma de

controlo, a qual permite identificar os diferentes estados das máquinas.

A terceira fase caracteriza-se pelo desenvolvimento de aplicações que permitem a visualização

da informação recolhida pelo sistema de monitorização.

Os resultados obtidos através desta tecnologia durante e após a conclusão do estágio na

empresa, são elucidativos do quanto esta é imprescindível para uma melhor gestão e

conhecimento do processo de fabrico. O projeto encontra-se em fase de expansão, tendo sido

integrado nos planos de construção de uma nova unidade fabril do Grupo Simoldes.

Palavras-Chave: Monotorização, Máquinas, CNC, Tracker, Arduíno, Estados, Automática,

Rede, OEE.

Criação de ferramentas e controlo de recursos para OEE Abstract

Alexandre Francisco Ferreira Pereira vii

ABSTRACT

Given the increasingly accelerated development we are witnessing in the world today, the

quality of the final products and compliance with deadlines for the customer are decisive factors

in an industry. In this regard the use of resources of a company are positions that increasingly

manifest as the key to development.

The company Simoldes Aços belonging to Simoldes Group, where the internship took place, is

a company dedicated to the production of molds for thermoplastic injection. The fast growth of

the company, that occurred during these 50 years of existence requires a continuous

improvement in order to reduce operating costs and increase profitability.The goal of the project

associated with the internship, is to increase the profitability of CNC machines. Therefore an

automatic CNC machines monitoring system was developed during the internship. This

monitoring system allows to know at any time, the status in which the machines are (working,

in preparation for work or stoped). Before the development of this technology it was impossible

to know or register the status of the older machines in the company. Therefore the machine

operator had the responsibility to register manually the different times of each status. Currently

it is possible to register automatically the operating intervals between different statuses.The

development of this Project is characterized by different phases.

The first phase corresponded to research and detailed analysis of available signals for the

different machines on which it was intended to apply the monitoring system.

The second phase consisted in developing hardware and software for the control platform,

which identifies the different status of the machines.

In a third phase were developed applications to allow the visualization of information.

The results obtained about this technology, during and after the conclusion of the internship at

the Company, are elucidative of how it is essential for better management and knowledge of

the manufacturing process. The project finds itself in an expansion phase, being integrated into

plans to build a new plant of Simoldes Group.

Keywords: Monitoring, CNC, Machines, Tracker, Arduino, Status, Automatic, Network, OEE.

Criação de ferramentas e controlo de recursos para OEE Índice

Alexandre Francisco Ferreira Pereira ix

Índice

AGRADECIMENTOS .......................................................................................................................... iii

RESUMO ................................................................................................................................................ v

ABSTRACT .......................................................................................................................................... vii

ÍNDICE DE FIGURAS ....................................................................................................................... xiii

ÍNDICE DE TABELAS ...................................................................................................................... xvii

SIMBOLOGIA ..................................................................................................................................... xix

ABREVIATURAS ............................................................................................................................... xxi

1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................1

1.1. Enquadramento ................................................................................................. 1

1.2. Empresa de Acolhimento .................................................................................. 1

1.3. O Projeto ............................................................................................................ 2

1.4. Objetivos Gerais ................................................................................................ 4

1.5. Metodologia ....................................................................................................... 5

1.6. Estrutura do Relatório ....................................................................................... 6

2. A EMPRESA ......................................................................................................................................7

2.1. Grupo Simoldes ................................................................................................. 7

2.2. Organização ....................................................................................................... 9

2.3. Simoldes Aços, SA .......................................................................................... 10

2.4. Processo Produtivo da Empresa .................................................................... 11

2.5. Layout da Empresa.......................................................................................... 12

3. ESTADO DE ARTE ....................................................................................................................... 15

3.1. Caracterização dos meios / equipamentos. ................................................... 15

3.1.1. Características .................................................................................. 15

3.1.2. Comandos.......................................................................................... 16

3.1.3. Registos Efetuados ........................................................................... 16

3.1.3.1. Documental ......................................................................... 16

3.1.3.2. Informático .......................................................................... 16

3.1.3.3. Observações ....................................................................... 17

3.2. Tecnologia Antecessora ................................................................................. 17

3.2.1. Observação “OneShot” .................................................................... 17

3.2.2. Software e Hardware em Testes ....................................................... 20

3.2.3. Tracker PLC ....................................................................................... 20

4. DESENVOLVIMENTO DO PROJETO TRACKER .................................................................. 23

4.1. Projeto Tracker ................................................................................................ 23

4.1.1. Descrição ........................................................................................... 23


x

4.1.2. Objetivos ............................................................................................ 23

4.2. Caracterização das Máquinas ......................................................................... 23

4.2.1. Rambaudi 800 (CNC) ......................................................................... 25

4.2.2. Rambaudi 800 (CNW) ........................................................................ 25

4.3. Caracterização dos estados ........................................................................... 26

4.3.1. Maquinação ....................................................................................... 26

4.3.2. Setup .................................................................................................. 26

4.3.3. Paragem ............................................................................................. 27

4.3.4. Emergência ........................................................................................ 27

4.3.5. Troca Tool / Troca Ferramenta ......................................................... 27

4.3.6. Transportador ON/OFF ..................................................................... 27

4.3.7. Extra curso ........................................................................................ 28

4.4. Validação da sequência temporal dos estados ............................................. 28

4.5. Tecnologia do Projeto ..................................................................................... 30

4.5.1. Microcontrolador Programável Arduíno .......................................... 30

4.5.2. Hardware ............................................................................................ 31

4.5.2.1. Arduíno Uno ........................................................................ 31

4.5.2.2. Arduíno Mega 2560 ............................................................. 32

4.5.2.3. Arduíno Ethernet Shield 2 .................................................. 33

4.5.3. Software ............................................................................................. 34

4.6. Projeto Tracker - Dados da Máquina .............................................................. 35

4.6.1. Módulos X Y Z ................................................................................... 36

4.6.2. Circuito de Adaptação da Máquina ao Arduíno .............................. 39

4.6.2.1. Plataforma de Controlo - Ampops Configuração Inversor

.......................................................................................................... 40

4.6.2.2. Observações ....................................................................... 62

4.6.3. Circuito Final ..................................................................................... 63

5. IMPLEMENTAÇÃO NA MÁQUINA DO CIRCUITO FINAL .................................................... 69

5.1. Circuito Implementado - Ampops na configuração inversor com sinais de

relés. ........................................................................................................................ 69

5.1.1. Componentes .................................................................................... 69

5.1.2. Configuração Utilizada ...................................................................... 71

5.2. Comportamento Expectável ........................................................................... 72

5.3. Realidade Implementada ................................................................................. 73

5.3.1. Circuito Final “Breadboard” ............................................................. 73

5.3.2. Circuito Final PCB ............................................................................. 75

5.4. Verificação/Comprovação de Estados das Máquinas ................................... 79

5.5. Resultados Obtidos ......................................................................................... 80


Alexandre Francisco Ferreira Pereira xi

6. TRATAMENTO DE DADOS E TECNOLOGIAS DA INFORMAÇÃO ................................... 81

6.1.Programação Desenvolvida ............................................................................. 81

6.2.Configurações Informáticas ............................................................................ 83

6.3. Softwares Utilizados ........................................................................................ 84

6.3.1. App ”SNSD” (Searching Network Saving Data) .............................. 84

6.3.2. Base de Dados – MICROSOFT SQL SERVER MANAGEMENT

STUDIO ........................................................................................................ 85

6.3.3. Visual Studio 2013 Professional (Linguagem VB.NET) .................. 86

6.4. Visualização da Informação Recolhida .......................................................... 87

6.4.1. Aplicação 1 – Raw Information (CMD) ............................................. 87

6.4.2. Aplicação 2 – Excel - Base de Dados ............................................... 87

6.4.3. Aplicação 3 – Informação Gráfica .................................................... 89

6.4.3.1. Temporal .............................................................................. 89

6.4.3.2. Analise a Diferentes Espectros Temporais ....................... 90

6.5. Hardware .......................................................................................................... 91

6.5.1. Computador “Base” /”Servidor” ...................................................... 91

7. ANÁLISE DE FINANCEIRA ........................................................................................................ 93

7.1. Custos Por Máquina CNC ............................................................................... 93

7.2. Comparação de Custos de Projeto Atual com Antecessores ...................... 95

8. CONCLUSÕES E PERSPETIVAS DO PROJETO PARA O FUTURO ................................ 97

9. ANEXOS ......................................................................................................................................... 99

9.1. Projeto Tracker – Sensores ............................................................................ 99

9.1.1. Acelerómetro / Magnetómetro .......................................................... 99

9.1.2. Observações .................................................................................... 102

9.2. Circuitos Pré Final ......................................................................................... 103

9.3.Esquemas / Datasheet .................................................................................... 104

10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................... 107

Criação de ferramentas e controlo de recursos para OEE Índice de Figuras

Alexandre Francisco Ferreira Pereira xiii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 ˗ Símbolo Tracker. ..................................................................................................................2

Figura 1.2 ˗ 4 Fases do Projeto Tracker. ..................................................................................................3

Figura 1.3 ˗ Tracker desevolvido por EP. ................................................................................................3

Figura 1.4 ˗ Melhorias de OEE. ...............................................................................................................4

Figura 1.5 ˗ Metodologia aplicada no projeto. .........................................................................................5

Figura 2.1 ˗ Grupo Simoldes. ...................................................................................................................7

Figura 2.2 ˗ Diferentes empresas do Grupo Simoldes em Oliveira de Azeméis. .....................................7

Figura 2.3 ˗ António Costa e Pedro Passos Coelho em visita ao Grupo Simoldes. .................................8

Figura 2.4 ˗ Garrafa de gás Pluma. ...........................................................................................................8

Figura 2.5 ˗ Diferentes logótipos das empresas da divisão de moldes. ....................................................9

Figura 2.6 ˗ Diferentes logótipos das empresas da divisão de plásticos. .................................................9

Figura 2.7 ˗ Diferentes instalações da empresa Simoldes Aços. ........................................................... 10

Figura 2.8 ˗ Instalações fabris da Simoldes Aços em 1974. .................................................................. 10

Figura 2.9 ˗ Instalações fabris da Simoldes Aços atualmente. .............................................................. 10

Figura 2.10 ˗ Layout da Simoldes Aços. ............................................................................................... 13

Figura 3.1 ˗ Blocos de aço para posterior maquinação. ........................................................................ 15

Figura 3. 2 ˗ Dados recolhidos durante o estágio. ................................................................................. 18

Figura 3. 3 ˗ Ativação e paragem de maquinaria. ................................................................................. 19

Figura 3. 4 ˗ Representação grafica de ativação e paragem de maquinaria. ......................................... 19

Figura 3. 5 ˗ Informação apresentado por software em teste. ............................................................... 20

Figura 3. 6 ˗ Autómato industrial, Micrologix 1100. ............................................................................ 20

Figura 4.1 ˗ Logótipo da RAMBAUDI. ................................................................................................ 23

Figura 4. 2 ˗ Vista frontal de máquina CNC. ........................................................................................ 24

Figura 4. 3 ˗ Vista de topo de máquina CNC. ....................................................................................... 24

Figura 4. 4 ˗ Máquina CNC e localização no layout da empresa. ......................................................... 25

Figura 4.5 ˗ Máquina CNW................................................................................................................... 25

Figura 4.6 ˗ Verificação estado atual – em cima estado de memória, em baixo estado medido. .......... 28

Figura 4.7 ˗ Alteração do estado parado para maquinação – em cima estado de memória, em baixo

estado medido. ....................................................................................................................................... 29

Figura 4.8 ˗ Verificação estado atual – em cima estado de memória, em baixo estado medido. .......... 29

Figura 4.9 ˗ Alteração do estado maquinação para parado – em cima estado de memória, em baixo

estado medido. ....................................................................................................................................... 30

Figura 4.10 ˗ Arduíno Uno. ................................................................................................................... 31

Figura 4.11 ˗ Arduíno Mega. ................................................................................................................. 32

Figura 4.12 ˗ Arduíno Ethernet Shield 2. .............................................................................................. 33

Figura 4.13 ˗ Software open-source para programação do Arduíno (IDE). .......................................... 35

Figura 4.14 ˗ Estrutura de programação do software IDE. ................................................................... 35

Figura 4.15 ˗ Módulos SIMODRIVE 611. ............................................................................................ 36

Figura 4.16 ˗ Módulo de acionamento Siemens do eixo X,Y,Z. ........................................................... 37

Figura 4.17 ˗ Esquemático de conector da placa “ARTW1” CNC FIDIA ............................................ 38

Figura 4.18 – Saidas (˗10 Vd.c. a 10 Vd.c.) dos acionamentos (eixo X,Y,Z). ...................................... 39

Figura 4.19 ˗ Transformador usado no circuito 3. ................................................................................. 40

Figura 4.20 ˗ Aspeto real do amplificador operacional uA741. ............................................................ 41

Figura 4.21 ˗ Configuração de pinos do uA741. ................................................................................... 41

Figura 4.22 ˗ Circuito final – plataforma de controlo. .......................................................................... 43

Figura 4.23 ˗ Circuito ideal do amp. inversor. ...................................................................................... 43

Figura 4.24 ˗ Circuito equivalente ideal do amp. inversor. ................................................................... 43


xiv

Figura 4.25 ˗ Sensor de temperatura LM35. ......................................................................................... 44

Figura 4.26 ˗ Circuito equivalente do ampop. ....................................................................................... 44

Figura 4.27 ˗ Circuito equivalente ao implementado – Considerando-se alimentação simétrica. ........ 45

Figura 4.28 ˗ Circuito implementado em laboratório. ........................................................................... 46

Figura 4.29 ˗ Função de Transferência .................................................................................................. 47

Figura 4.30 ˗ Formas de onda da entrada/saída. .................................................................................... 47


Figura 4.32 ˗Vin=800μV ≈ 0 V .............................................................................................................. 48

Figura 4.33 ˗Vin=1.01 Vd.c. ................................................................................................................. 48

Figura 4.34 ˗Vin=1.61 Vd.c. ................................................................................................................. 48

Figura 4.35 ˗Vin=1.90 Vd.c. ................................................................................................................. 49

Figura 4.36 ˗Vin=10.0 Vd.c. ................................................................................................................. 49

Figura 4.37 ˗Vin=˗604 mV. .................................................................................................................. 49

Figura 4.38 ˗Vin=˗2.59 Vd.c. ................................................................................................................ 50

Figura 4.39 ˗Vin=˗7.50 Vd.c. ................................................................................................................ 50

Figura 4.40 ˗Vin=˗10.0 Vd.c. ................................................................................................................ 50

Figura 4.41 ˗ Função de Transferência .................................................................................................. 52

Figura 4.42 ˗ Função de Transferência Ganho=1 Declive=˗0.96. ......................................................... 53

Figura 4.43 ˗ Função de Transferência. ................................................................................................. 54



Figura 4.46 ˗Vin=˗57.9 mV ≈ 0 V ......................................................................................................... 55

Figura 4.47 ˗Vin=1.0 Vd.c. ................................................................................................................... 55

Figura 4.48 ˗Vin=1.50 Vd.c. ................................................................................................................. 56

Figura 4.49 ˗Vin=1.85 Vd.c. ................................................................................................................. 56

Figura 4.50 ˗Vin=2.00 Vd.c. ................................................................................................................. 56

Figura 4.51 ˗Vin=2.50 Vd.c. ................................................................................................................. 57

Figura 4.52 ˗ Vin=10.0 Vd.c. ................................................................................................................ 57

Figura 4.53 ˗Vin=˗1.00 Vdc .................................................................................................................. 57

Figura 4.54 ˗Vin=˗1.85 Vd.c. ................................................................................................................ 58

Figura 4.55 ˗Vin=˗2.51 Vd.c. ................................................................................................................ 58

Figura 4.56 ˗Vin=˗3.50 Vd.c. ................................................................................................................ 58

Figura 4.57 ˗Vin=˗5.00 Vd.c. ................................................................................................................ 59

Figura 4.58 ˗Vin=˗10.0 Vd.c. ................................................................................................................ 59

Figura 4.59 ˗ Função de Transferência G=0.5. ..................................................................................... 60

Figura 4.60 ˗ Função de Transferência Ganho=0.5 Declive=˗0.48 ....................................................... 61

Figura 4.61 ˗ Relé de atuação. ............................................................................................................... 63

Figura 4.62 ˗ Divisor de tensão. ............................................................................................................ 66

Figura 4.63 ˗ Circuito final implementado. ........................................................................................... 67

Figura 5.1 ˗ Aspeto real do circuito final já implementado. .................................................................. 69

Figura 5.2 ˗ Configuração amplificador inversor. ................................................................................. 71

Figura 5.3 ˗ Configuração divisor e regulador de tesnsão. .................................................................... 71

Figura 5.4 ˗ Interligação da máquina CNC com a plataforma Arduino. ............................................... 72

Figura 5.5 ˗ Circuito final implementado na máquina. ......................................................................... 73

Figura 5.6 ˗ Alimentação de circuito final. ........................................................................................... 74

Figura 5.7 ˗ Cabalagem para interligação de diferentes componetes. ................................................... 74

Figura 5.8 ˗ Switch SKY LINK. ............................................................................................................ 75

Figura 5.9 ˗ Circuito da Figura 4.22, isntalado em PCB. ...................................................................... 76


Alexandre Francisco Ferreira Pereira xv

Figura 5.10 ˗ Esquemático do ircuito final. ........................................................................................... 76

Figura 5.11 ˗ Visão geral do projeto Tracker. ....................................................................................... 77

Figura 5.12 ˗Sinalisador luminoso instalado. ........................................................................................ 79

Figura 6.1 ˗ Fluxograma correspondente a programação do Arduíno................................................... 82

Figura 6.2 ˗ App “SNSD” com informação rececionada. ..................................................................... 84

Figura 6.3 ˗ Informação guardada na base de dados. ............................................................................ 85

Figura 6.4 ˗ Representação gráfica das diferentes séries. ...................................................................... 86

Figura 6.5 ˗ Informação em atualização na app “SNSD”. ..................................................................... 87

Figura 6.6 ˗ Folha de rosto da aplicação 2. ........................................................................................... 88

Figura 6.7 ˗ Folha de seleção dos estados da máquina selecionada. ..................................................... 88

Figura 6.8 ˗ Registos provenientes da seleção de uma máquina sem oredenação do estado. ............... 88

Figura 6.9 ˗ Apresentação grafica temporal de informação. ................................................................. 89

Figura 6.10 ˗ Exibição gráfica de informação na segunda versão da terceira aplicação. ...................... 90

Figura 6.11 ˗ Exposição gráfica de informação resultante das condições selecionadas. ....................... 90

Figura 6.12 ˗ Computador base selecionado para a app “SNSD”. ........................................................ 91

Figura 7.1 ˗ Arduíno Mega. ................................................................................................................... 93

Figura 7.2 ˗ Arduíno Ethernet Shield 2. ................................................................................................ 93

Figura 7.3 ˗ Transf. 220Va.c.–12 Vd.c.. ................................................................................................ 93

Figura 7.4 ˗ Reguladores L7805. ........................................................................................................... 93

Figura 7.5 ˗ Ampops uA741. ................................................................................................................. 93

Figura 7.6 ˗ Resistência utilizadas. ........................................................................................................ 93

Figura 7.7 ˗ Sensor temperatura. ........................................................................................................... 94

Figura 7.8 ˗ Cablagem de interligação. ................................................................................................. 94

Figura 7.9 ˗ Switch de oito conceções de rede utilizado. ...................................................................... 94

Figura 9. 1 ˗ Acelerómetro MMA7361L ............................................................................................... 99

Figura 9.2 ˗ Local onde foi instalado o acelerómetro na máquina. ..................................................... 100

Figura 9.3 ˗ Magnetómetro LSM303D ............................................................................................... 101

Figura 9.4 ˗ Local onde foi instalado o magnetómetro na máquina. ................................................... 101

Figura 9. 5 ˗ Consola de visualização (serial monitor) Android. ........................................................ 102

Figura 9. 6 ˗ Módulo de acionamento do eixo X ˗ SIEMENS. ........................................................... 104

Figura 9. 7 ˗ Módulo de acionamento do eixo Y ˗ SIEMENS. ........................................................... 105

Figura 9. 8 ˗ Módulo de acionamento do eixo Z ˗ SIEMENS. ............................................................ 106

Criação de ferramentas e controlo de recursos para OEE Índice de Tabelas

Alexandre Francisco Ferreira Pereira xvii

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1 ˗ Comandos presentes na empresa Simoldes Aços. ................................................................ 16

Tabela 2 ˗ Especificações técnicas do Arduíno Uno. ............................................................................ 32

Tabela 3 ˗ Especificações técnicas do Arduíno Mega 2560. ................................................................. 33

Tabela 4 ˗ Especificações técnicas do Arduíno Ethernet Shield 2. ....................................................... 34

Tabela 5 ˗ Combinação de leds para transmitir informação. ................................................................. 34

Tabela 6 ˗ Informação da placa “ARTW1” CNC FIDIA. ..................................................................... 37

Tabela 7 ˗ Características técnicas do transformador utilizado no circuito final. ................................. 40

Tabela 8 ˗ Características técnicas do amplificador operacional uA741. ............................................. 41

Tabela 9 ˗ Tensão de Vout em função de Vin (G=1). ........................................................................... 51

Tabela 10 ˗ Tensão de VoutA0 em função de Vin (G=1). .................................................................... 51

Tabela 11 ˗ Tensão de Vout em função de Vin (G=0.5). ...................................................................... 59

Tabela 12 ˗ Tensão de XoutA0 em função de Vin (G=0.5). ................................................................. 60

Tabela 13 ˗ Características dos relés presentes nas máquinas. .............................................................. 64

Tabela 14 ˗ Descrição de sinais, porto associados, gamas de tensões e componentes. ......................... 67

Tabela 15 ˗ Descrição de sinais, portos associados, gamas de tensões, componentes e sinalizadores

lumino ................................................................................................................................................... 78

Tabela 16 ˗ Descrição/função de cor ativada. ....................................................................................... 79

Tabela 17 ˗ Colunas da base de dados onde a informação é guardada. ................................................. 85

Tabela 18 ˗ Custo em € por componente utilizado. ............................................................................... 94

Tabela 19 ˗ Características do sensor MMA7361L. ............................................................................ 100

Tabela 20˗ Características do sensor LSM303D. ................................................................................ 101

Criação de ferramentas e controlo de recursos para OEE Simbologia

Alexandre Francisco Ferreira Pereira xix

SIMBOLOGIA

A – Ampere

g – Grama

mm – Milímetros

mS – Milissegundos

mV/g – Milivolts por Grama

MHz – Megahertz

Kbytes – Kilobytes

KΩ – KiloOhm

VA – Volt-Ampere

°C – Graus Célicos

μV – Microvolts

Ω – Ohm

Criação de ferramentas e controlo de recursos para OEE Abreviaturas

Alexandre Francisco Ferreira Pereira xxi

ABREVIATURAS

AC – Alternate Current

ACS – Advanced Customer Services

CAD – Computer-Aided Design

CAM – Computer Aided Manufacturing

CNC – Computer Numerical Control

DC – Direct Current

DHCP –Dynamic Host Configuration Protocol

DNS – Domain Name System

FDX – Full Duplex

GND – Ground

GS – Grupo Simoldes

IDE – Integrated Development Environment

ISEC – Instituto Superior de Engenharia de Coimbra.

ISO – International Organization for Standardization

LED – Light Emitting Diode

OEE – Overall Equipment Effectiveness

PC –Personal Computer

PCB –Printed Circuit Board

POE – Power Over Ethernet

PWM – Pulse-Width Modulation

Criação de ferramentas e controlo de recursos para OEE Abreviaturas

xxii

Rx – Recive

SNSD – Searching Network Saving Data

SQL –Structured Query Language

SSID –Service Set Identifier

TCP – Transmission Control Protocol

Tx – Trasmit

USB – Universal Serial Bus

UDP – User Datagram Protocol

WEB – World Wide Web

CAPÍTULO 1 Introdução

MEE ˗ Alexandre Pereira 1

1. INTRODUÇÃO

1.1. Enquadramento

O projeto enquadra-se no âmbito da unidade curricular do estágio de final de Mestrado em

Engenharia Eletrotécnica, apresentando como objetivo a criação de ferramentas e controlo de

recursos para a execução de overall equipment effectiveness em processos industriais.

As extremas e atuais economias mundiais, obrigam as empresas a focarem-se na necessidade

constante de redução dos desperdícios. Desperdícios que assumem diferentes formas: matéria-

prima, tempo de execução de trabalho, recursos humanos, entre outros. O setor automóvel, por

si já competitivo, obriga as empresas dentro deste a rejuvenescerem-se e a uma inovação

constante. Esta inovação, técnica e de gestão, vai ao encontro das exigências dos clientes do

Grupo Simoldes, permitindo a este o seu elevado reconhecimento mundial.

A rentabilização dos meios disponíveis, com vista ao aumento de produção, o aperfeiçoamento

do processo produtivo e a excelência da qualidade dos produtos finais com recursos já

existentes, correspondem às diretrizes do trabalho para este estágio. Com estas permite-se o

aumento da satisfação do cliente bem como o lucro final do Grupo Simoldes.

1.2. Empresa de Acolhimento

Simoldes Aços, empresa mais antiga do Grupo Simoldes, foi onde se realizou o estágio final de

Mestrado em Engenharia Eletrotécnica. A empresa Simoldes Aços, liderada por António da Silva

Rodrigues na cidade de Oliveira de Azeméis, nas origens da sua atividade dedicou-se à produção

de moldes para fabrico de pequenos e médios utensílios. As décadas de 60 e 70 foram relevantes

no seu crescimento. Foi nestas que a empresa consegui diversificar os seus clientes e mercado

alvo. Nestas décadas foram também realizados investimentos em instalações, equipamentos e

mão-de-obra especializada, permitindo que a empresa se consolidasse até ao presente. A

mudança principal e mais importante da empresa foi a aposta do trabalho direcionada ao setor

da indústria automóvel. Nos dias de hoje, ainda é o principal cliente e consecutivamente o

principal responsável pelas receitas da empresa.

O Grupo Simoldes está dividido em duas partes. A divisão de moldes, na qual se insere a

empresa onde foi realizado o estágio (Simoldes Aços) e a divisão de plásticos. A divisão de

moldes do grupo é identificada atualmente como o maior fabricante europeu de moldes,

apresentando com clientes empresas como: Renault, Saab, Citroën, VW, Seat, Ford, Peugeot,

Honda, Volvo, Audi, BMW, Mercedes, Porsche, entre outras.

A certificação de qualidade que a empresa possui são as certificações do modelo geral de gestão

de qualidade, estando implantadas a ISO 9001:2008 em 29-12-1995, e ISO/TS 16949:2002

(normas de qualidade específicas para a indústria automóvel).


2

1.3. O Projeto

Proposto pelo Grupo Simoldes e desenvolvido na empresa mãe, Simoldes Aços, o projeto tem

como objetivo a melhoria do processo de fresagem em CNCs, de forma a aumentar a sua

capacidade de produção. O projeto piloto designado de Tracker, tem como foco o controlo do

processo de fresagem de CNCs (parâmetros reais), através da criação de ferramentas com

recurso a meios tecnológicos. Estas ferramentas permitem à posterior a execução do cálculo de

OEE (Overall Equipment Effectiveness) em processos industriais. O símbolo adotado pelo

Grupo Simoldes correspondente ao projeto piloto Tracker é visível na figura 1.1.

Figura 1.1 ˗ Símbolo Tracker.

No processo produtivo de um molde, o setor de fresagem CNCs assume um papel decisivo. A

falta de informação relativamente aos parâmetros reais de maquinação acarreta uma dificuldade

acrescida para o planeamento da carga de trabalho. O setor de fresagem deve ser estudado e

analisado de forma a se avaliar os métodos de trabalho atuais para posteriormente proceder-se

a melhorias.

A necessidade de uma equipa de métodos & processos e investigação & desenvolvimento,

abrangentes às diferentes unidades fabris do Grupo Simoldes, é imprescindível na realidade

económica social atual. A equipa de métodos & processos e investigação & desenvolvimento é

constituída por colaboradores com qualificações no ensino superior, abrangendo as principais

áreas de engenharia, tais como: Engenharia Eletrotécnica, Mecânica, Eletromecânica,

Informática, Civil, Gestão Industrial, entre outras.

O projeto Tracker, entregue à equipa de métodos & processos do Grupo Simoldes, foi orientado

e tratado por esta equipa. O estágio, ao qual o presente relatório se refere, foi inserido nesta

equipa e completamente direcionado para o projeto Tracker.

Devido à distinta qualificação desta equipa o projeto foi elaborado pela minha pessoa, em

conjunto com membros da equipa de métodos & processos.



O estágio realizado e consequentemente o projeto Tracker executado na empresa Simoldes

Aços, teve 4 fases principais contendo dentro destas subfases. Numa primeira fase foi realizado

o levantamento e análise de dados, seguindo-se a segunda fase: definição de objetivos atingir.

A terceira fase correspondeu à procura de soluções para a recolha e tratamento de dados e por

fim (4ª fase) o envio da informação, correspondente ao estado da máquina, para a rede interna

da empresa. A figura 1.2, exibe as 4 fases do projeto Tracker, desenvolvidas durante o estágio

na empresa Simoldes Aços.

Figura 1.2 ˗ 4 Fases do Projeto Tracker.

Após o envio de informação para a rede interna da unidade fabril, e ainda durante a realização

do estágio, foi desenvolvido por um membro da equipa com formação superior em engenharia

informática um software para a receção/visualização de informação, bem como a respetiva base

de dados para guardar a informação. Foram também desenvolvidos dois softwares de

visualização de informação, possuindo um deles capacidade para alteração da escala temporal

abrangente. Os softwares desenvolvidos tiveram pequenas indicações da minha pessoa, para

que em ambas as programações fossem realizados ajustes. Devido a esta colaboração, a

apresentação gráfica é precisa e de fácil interpretação. Na figura 1.3 é observável a parte

correspondente do projeto Tracker desenvolvida pela equipa de processos.

Figura 1.3 ˗ Tracker desevolvido por EP.

As informações guardadas na base de dados, relativas aos estados das máquinas CNCs, serão

utilizadas para o cálculo de overall equipment effectiveness em processos industriais.


4

Na figura 1.4, são apresentadas as melhorias resultantes do cálculo de OEE.

Figura 1.4 ˗ Melhorias de OEE.

E possível verificar que as melhorias resultantes do cálculo de OEE são abrangentes a inúmeras

áreas. Destas melhorias salientam-se a notória melhoria na rapidez de execução dum processo

já existente, a qualidade do produto final e maximização do tempo de operação e produtividade.

1.4. Objetivos Gerais

A rentabilidade de fresadoras CNCs no processo de fabrico atual da empresa Simoldes Aços é

uma componente importantíssima. Um aumento de capacidade de produção destas fresadoras

CNCs, traduz-se em ganhos muito significativos. O projeto Tracker tem como objetivos

principais a aquisição dos parâmetros reais de maquinação e o seu envio para a rede interna da

unidade fabril para serem guardados numa base de dados. A quando do inicio do estágio a

informação que existia acerca do processo de fresagem era resultante de apontamentos

realizados manualmente por parte dos operadores e a informação que se conseguia extrair das

máquinas era mínima. Para além de a empresa ficar com histórico de ocupação/trabalho das

fresadoras CNCs pode saber-se em tempo real o comportamento das diferentes máquinas CNCs

(estado em que se encontram). Ou seja, se estão a trabalhar (correspondente ao estado de

maquinação), em preparação de trabalho/ferreamente (estado Setup) ou paradas. A informação

guardada é tratada à posterior por software para resultados estatísticos com recurso a

visualização gráfica. Com vista a que os objetivos descritos fossem atingidos, a investigação

dos sinais elétricos disponíveis no quadro da máquina, bem como os seus comandos foi

imprescindível.

O projeto tem como objetivos principais os seguintes tópicos:

Levantamento e análise de dados;

Investigação de máquinas e respetivos comandos;

Caracterização dos diferentes estados das máquinas;

Elaboração de hardware;

Programação dum módulo Arduíno.



Tem ainda como objetivos comuns à estratégia da unidade fabril Simoldes Aços os seguintes:

Redução dos prazos de entrega do produto finalizado ao cliente;

Melhoria do processo produtivo nas máquinas CNCs;

Aumento da produtividade em todos os setores;

Redução de desperdícios.

1.5. Metodologia

A metodologia de trabalho aplicada neste projeto envolve as seguintes etapas:

1. Levantamento de dados para o projeto Tracker;

2. Análise detalhada dos equipamentos da empresa;

3. Definição de objetivos a atingir com o projeto;

4. Procura de soluções para o projeto Tracker;

5. Implementação da solução encontrada;

6. Período de observação e implementação de melhorias.

O levantamento de dados foi realizado através da consulta de ficheiros, análise de processos

anteriores, e a envolvência nas atividades da empresa. A análise dos dados foi realizada

exaustivamente para que às necessidades do projeto ficassem bem definidas. A definição dos

objetivos a atingir, vai de encontro com as necessidades da empresa para este projeto. A procura

de soluções caracteriza-se pela resolução da fase anterior. Na quinta fase onde ocorre a

implementação da solução final tendo sempre os critérios de segurança e qualidade da unidade

fabril como regra principal e ponto de partida.

Por fim, o período de observação e implementação de melhorias tem uma responsabilidade

acrescida. Esta responsabilidade é devida ao cálculo de overall equipment effectiveness, que

tem como base fundamental a informação resultante deste projeto. As etapas que caracterizam

a metodologia aplicada neste projeto são visíveis na figura 1.5.

Figura 1.5 ˗ Metodologia aplicada no projeto.

Levantamento de Dados

Analise de DadosDefenição de

Objetivos

Procura de Solução

Implementação Solução

Observação e Implementação

de Melhorias

Calculo de

OEE


6

1.6. Estrutura do Relatório

O presente relatório está repartido em nove capítulos com vários pontos dentro destes. No

primeiro capítulo deste relatório faz-se uma introdução ao projeto desenvolvido na empresa,

bem como, os seus objetivos gerais, a metodologia de trabalho adotada e a estrutura do relatório.

No segundo capítulo é apresentada a unidade fabril Simoldes Aços onde se realizou o estágio

(unidade fabril que faz parte do Grupo Simoldes). A organização do Grupo Simoldes, o

processo produtivo da empresa Simoldes Aços e o seu layout, são também referenciados neste.

No capítulo três é abordado o estado de arte do projeto. Este envolve vários temas, desde

caracterização dos meios até às tecnologias antecessoras.

O capítulo quatro descreve a principal parte do projeto realizado durante o estágio. Neste são

abordadas as máquinas utilizadas, as tecnologias de controlo, a caraterização de estados das

máquinas, escolha de componentes e montagem de diferentes circuitos eletrónicos bem como

a solução “ótima”.

O capítulo cinco diz respeito à solução final. Neste capítulo é apresentado o circuito final

implementado, onde são descritos componentes, configurações utilizadas, comportamentos

expetáveis, realidades implementadas e resultados obtidos acerca do circuito.

No capítulo seis apresenta-se a lógica de programação desenvolvida para o tratamento de dados,

a forma de comunicação de informação para a base de dados, e as tecnologias/procedimentos

que foram desenvolvidos para a visualização de informação.

A análise financeira, onde os custos de implementação do projeto desenvolvido por máquina

são apresentados, juntamente com a comparação de custos de projeto atual com anteriores,

formam o capítulo sete. O capítulo oito apresenta as conclusões e perspetivas do projeto para o

futuro.

O capítulo oito apresenta as conclusões e perspetivas do projeto para o futuro.

O capítulo nove corresponde aos anexos do documento. Neste são apresentadas as diferentes

soluções desenvolvidos até a solução final e esquemas das máquinas CNC.

CAPÍTULO 2 A Empresa


2. A EMPRESA

2.1. Grupo Simoldes

Fundado em 1959 e desde 1981 liderado por António da Silva Rodrigues, o Grupo Simoldes é

constituído por 20 empresas espalhadas pelo mundo e 8 gabinetes comercias. O seu modelo de

negócio baseia-se em duas áreas distintas. O fabrico de moldes e a injeção de termoplástico.

Figura 2.1 ˗ Grupo Simoldes. [3]

A primeira área, dedicada à construção de moldes para injeção de termoplástico é composta por

dez empresas, das quais seis localizam-se no concelho de Oliveira de Azeméis, estando as

restantes espalhadas pelo mundo. A segunda área de negócio é constituída por onze empresas

produtoras de peças de plástico resultante da injeção de termoplástico.

Em Portugal estão localizadas dez empresas visíveis na figura 2.2. Do total das empresas fazem

parte empresas de suporte técnico e comerciais (Advanced Customer Services ou ACS)

espalhadas também pelo mundo. Com meio século de presença na indústria portuguesa e

mundial, este grupo tem contribuído de forma decisiva para o setor de fabrico de moldes e

injeção de termoplástico. Com a globalização do seu mercado, este grupo transporta a imagem

da indústria portuguesa para um nível internacional.

O espírito de inovação aliado ao investimento persistente em equipamentos e a participação em

projetos exigentes, promoveu o desenvolvimento e expansão do Grupo Simoldes.

Figura 2.2 ˗ Diferentes empresas do Grupo Simoldes em Oliveira de Azeméis. [26]


8

O Grupo Simoldes é o maior fabricante europeu de moldes para o setor automóvel. Em visita

recente às instalações deste grupo (figura 2.3), António Costa e Pedro Passos Coelho já

anteriormente, apontaram o grupo como um exemplo a seguir.

Figura 2.3 ˗ António Costa e Pedro Passos Coelho em visita ao Grupo Simoldes. [33;34]

No ano de 1980 foi inaugurada a primeira unidade dedicada exclusivamente à injeção de

termoplástico. Foi nesta unidade fabril, Simoldes Plásticos, onde foi desenvolvida a primeira

garrafa de gás que utiliza a tecnologia Comet, a qual ficou amplamente conhecida por Pluma

(figura 2.4), sendo mais tarde comercializada pela Galp.

Figura 2.4 ˗ Garrafa de gás Pluma. [32]

Os principais clientes do Grupo Simoldes são países da Europa tal como França, Alemanha,

Espanha, Escandinávia e Reino Unido mas também a América do Sul e do Norte. A produção

do grupo é absorvida na sua quase totalidade pelo setor automóvel.

O Grupo Simoldes caracteriza-se pela sua capacidade de desenvolver qualquer tipo de projeto

para peças plásticas, sendo especializado na produção de moldes para a indústria do setor

automóvel. Também para outros setores como embalagens, jardim e eletrodomésticos o grupo

tem uma posição relevante na indústria mundial.

O Grupo Simoldes caracteriza-se pelos seus 3704 funcionários distribuídos por diferentes

unidades fabris em Portugal, Alemanha, Reino Unido e Brasil, bem como vários escritórios

noutros pontos do mundo. O seu prestígio internacional no fabrico de moldes e capacidade de

injeção de termoplástico são pontos que distinguem este grupo do resto do mundo.



2.2. Organização

O Grupo Simoldes está dividido em duas áreas distintas de indústria.

A primeira área, Tool Division corresponde à divisão de moldes (figura 2.5).

Figura 2.5 ˗ Diferentes logótipos das empresas da divisão de moldes. [3]

Esta área de atividade tem como foco de indústria a produção de moldes sendo constituída por

oito empresas de fabrico de moldes e Advanced Customer Services ou ACS.

A segunda área, Plastic Division corresponde à divisão de plásticos (figura 2.6).

Figura 2.6 ˗ Diferentes logótipos das empresas da divisão de plásticos. [3]

Para além das anteriores fazem também parte da Plastic Division as seguintes empresas.

Simoldes Plástico Indústria Simoldes Plástico Brasil Simoldes Plástico France

Simoldes Plástico España Simoldes Plástico Polska

Simoldes Plástico France Engineering Simoldes Plástico Deutschland Engineering

Estas empresas, pertencentes à divisão de plástico, são especializadas na produção de peças a

partir da injeção de termoplástico.

Embora totalmente independentes as duas áreas de atividade complementam-se, formando um

grupo coeso e reconhecido na indústria mundial.


10

2.3. Simoldes Aços, SA

Fundada em 1959 a Simoldes Aços teve sempre a expansão do negócio como um dos seus

objetivos principais. Em 1968 concretiza a primeira exportação para Inglaterra, cidade de

Londres. Devido ao espaço ocupado anteriormente já limitar a capacidade de trabalho, no lugar

da Espinheira (centro de Oliveira de Azeméis), no início da década de 70 procedeu-se a

construção de novas instalações para a Simoldes Aços. Na figura 2.7, são visíveis as instalações

já ocupadas e as instalações atuais.

Figura 2.7 ˗ Diferentes instalações da empresa Simoldes Aços. [3]

No dia 25 de Abril de 1974, inauguram-se oficialmente as novas instalações, localizadas na

zona industrial de Oliveira de Azeméis. Para 70 colaboradores da empresa o 25 de Abril de

1974 não encantou tanto quanto as novas instalações que a Simoldes Aços passou a ocupar

nesse dia. Na figura 2.8 são visíveis as instalações atuais ainda em construção.

Figura 2.8 ˗ Instalações fabris da Simoldes Aços em 1974. [28]

António da Silva Rodrigues, presidente do Grupo Simoldes, refere que pela manhã do dia 24

de Abril de 1974, foi ligado o posto de transformação instalado na nova fábrica. A empresa

encontra-se implantada numa área total de 15.521 m2 de terreno, sendo desse total uma área

coberta de 12.200 m2, da qual 7.500 m2 estão diretamente ligados ao setor produtivo. Na figura

2.9 são visíveis as instalações da empresa Simoldes Aços.

Figura 2.9 ˗ Instalações fabris da Simoldes Aços atualmente.



Em Dezembro de 1995, a Simoldes Aços obtém a certificação do Sistema de Garantia de

Qualidade segundo a norma NP EN ISO 9001. Entre 1976 e 1977 dá-se a grande ofensiva na

procura de novos mercados com a participação em feiras de indústria. É nesta década que a

Simoldes Aços começa a fabricar moldes para a indústria automóvel para países como França

e Suécia e consecutivamente para clientes como a Renault e Volvo.

A título informativo cada molde que é construído tem aproximadamente 100 a 300

componentes. Estes componentes são essenciais a várias funções como o caso da gravação da

peça polimérica, os mecanismos de extração do molde, a mecânica do molde, a refrigeração do

molde, entre outros. Desde o dia 24 de Abril de 1974 verificou-se um constante crescimento da

área coberta, através da criação de novas empresas, acompanhadas de uma contínua evolução

de equipamentos. Esta expansão permite uma elevada capacidade de resposta para o fabrico de

moldes e consequentemente o aperfeiçoamento do produto final.

Atualmente a Simoldes Aços tem 207 postos de trabalho e 98% da sua atividade é para o setor

automóvel. Os principais clientes da empresa são países como a Alemanha com 35% da

produção, seguindo-se a França com 25% e Espanha com 10%. Em 2013 o volume de negócios

ronda os 20 milhões de euros na Simoldes Aços. O total de faturação das 27 empresas que hoje

constituem o Grupo Simoldes, foi de 500 milhões de euros em 2013.

2.4. Processo Produtivo da Empresa

O processo produtivo da empresa Simoldes Aços está dividido em 4 fases distintas.

1. Fase: Orçamentação.

Depois da apresentação do desenho ou modelo tridimensional da peça que o cliente pretende, é

elaborado um estudo preliminar de conceção e dos materiais necessários ao molde. Um cálculo

das horas de trabalho necessárias em cada projeto também faz parte do estudo. Estes estudos

permitem ao setor comercial o cálculo do orçamento para determinado molde que é

posteriormente fornecido ao cliente.

2. Fase: Conceção e Desenvolvimento.

Perante uma encomenda confirmada pelo cliente, o departamento de estudos e desenvolvimento

realiza um desenho preliminar do molde. Este desenho sofre de uma aprovação do cliente para

comentários e por isso é enviado ao mesmo. Mediante aprovação do cliente, iniciasse quase

paralelamente ao projeto a construção do molde. Posteriormente o departamento de engenharia

de sistemas produz a definição matemática das zonas que definem as formas da peça,

recorrendo para isso a softwares de CAD e CAM. Por fim são simulados os percursos de

ferramentas que modelem o aço de acordo com as formas pretendidas pelo cliente.


12

3. Fase: Produção.

Após a realização do planeamento relativo ao processo produtivo, inicia-se a organização da

matéria-prima necessária ao molde. Dá-se então início à maquinação das formas do molde

através da gravação dos diferentes componentes (machos, cavidades, movimentos e postiços).

As máquinas usadas no processo de produção são fresadoras CNCs, tornos, mandriladoras e

também máquinas de eletroerosão. Componentes do molde que não constituem zonas

moldastes, tais como placas de extração, placas de encosto, calços, entre outras são produzidos.

Após o fabrico individual e único de todos os componentes, transforma-se um aglomerado de

componentes num molde. Esta fase é caracterizada por ser uma operação com uma vigorosa

componente de trabalho humano. Os principais componentes/subsistemas criados/introduzidos

são os seguintes:

Extração;

Refrigeração;

Elétrico;

Hidráulico.

Já numa fase de acabamento do produto final, executasse o polimento de espelho ou rugosidade

das superfícies moldantes para obtenção do aspeto final das peças de plástico injetadas. Depois

do acabamento, o molde é ensaiado em máquinas de injeção de plástico tendo como objetivo a

verificação do bom funcionamento do molde e a aquisição de peças plásticas para a validação

dimensional e aspeto estético. Já numa fase final e posterior ao ensaio, o molde aguarda o

consentimento por parte do cliente ou o pedido de alterações com vista a corrigir imperfeições.

4. Fase: Expedição.

Esta última fase é caracterizada por um acondicionamento próprio em encaixotamento

reforçado, posteriormente enviado para o cliente. Conforme o país a que se destina e a

necessidade de prazos de entrega de produção, o molde segue o seu percurso por via terrestre,

marítima ou aérea.

2.5. Layout da Empresa

O layout da empresa Simoldes Aços é visível na figura 2.10 (página seguinte). Nesta é possível

verificar que a empresa é constituída por 4 naves de fabrico, e correspondentes áreas de

escritórios. Os equipamentos de fabrico estão reunidos por gama tecnológica e por tipo de

componentes que produzem. As 29 máquinas de fresagem CNC, assinaladas a azul claro,

permitem perceber o tipo de indústria desta empresa. A organização da maquinaria da empresa

nesta configuração permite um aumento de capacidade de trabalho bem como um bom

planeamento de produção.



Figura 2.10 ˗ Layout da Simoldes Aços.

CAPÍTULO 3 Estado De Arte


3. ESTADO DE ARTE

3.1. Caracterização dos meios / equipamentos.

A empresa Simoldes Aços dedica-se à produção de moldes. Para este tipo de indústria a

maquinaria mais utilizada são fresadoras CNCs. Estas máquinas são usadas para a maquinação

de blocos de aço (figura 3.1), que após diferentes técnicas e trabalho dos colaboradores dão

origem a moldes.

Figura 3.1 ˗ Blocos de aço para posterior maquinação.

3.1.1. Características

Na empresa Simoldes Aços existem diferentes máquinas de fresagem CNC. Para a execução

do trabalho os colaboradores inserem programas previamente elaborados nos controladores das

máquinas através dos seus controlos. Os controlos da máquina juntamente com a programação

desenvolvida são responsáveis por “guiar” a máquina durante os diferentes períodos de

trabalho.

O interface entre homem e máquina é efetuado num computador presente na máquina que

possui um software próprio.

Existem diferentes “tamanhos” e construtores de máquinas, estando entre as maiores as

desenvolvidas pela construtora Rambaudi. Na Simoldes Aços existem os modelos 1400, 1200,

800, 600, RX da construtora Rambaudi. Exemplo de outros fabricantes de máquinas de

fresagem CNC são Depojet, Depocut, Trimil e Versamatic que também se encontram na

unidade fabril Simoldes Aços.


16

3.1.2. Comandos

Devido à quantidade de máquinas e modelos diferente os comandos utilizados para as controlar

são vários. Este facto está diretamente relacionado com a idade da máquina. Quanto mais

recente é a máquina, mais recente é o comando e vice-versa. Assim quanto mais antigo é o

comando, mais difícil é extrair informação da máquina. Os diferentes comandos das fresadoras

CNCs presentes na empresa Simoldes Aços são os presentes na tabela 1:

Antigos Recentes

Fidia F1. Fidia M1.

Heidenhain TNC 155. Fidia CRX.

Heidenhain TNC 415. Fidia C20.

Selca. Heidenhain TNC 426.

Heidenhain TNC 530.

Tabela 1 ˗ Comandos presentes na empresa Simoldes Aços.

3.1.3. Registos Efetuados

Nesta secção, são apresentados os diferentes tipos de registos efetuados na empresa.

Os registos efetuadas anteriormente ao desenvolvimento deste projeto eram efetuados

manualmente. Destacam-se os registos documentais, informático e de observação.

3.1.3.1. Documental

A informação disponível sobre os diferentes estados das máquinas anteriormente ao

desenvolvimento deste projeto, era possível devido a um registo manual efetuado num

documento (“Registo de tempos”), por parte do colaborador responsável pela máquina. Esta

forma de registo de informação ainda é efetuada em máquinas que não tem o Tracker instalado.

Este tipo de registo provoca/potencia a que a informação recolhida não seja a mais credível.

Um dos potenciais fatores é a falta de rigor por porte dos colaboradores a quando do registo das

operações realizadas na produção. A falta de rigor no registo de operações resulta numa análise

imprecisa.

3.1.3.2. Informático

Posteriormente aos colaboradores realizarem o registo manual no documento “Registo de

tempos” é obrigatório realizar a atualização da base de dados informática (através de uma

aplicação) que contém o histórico de tempos associados à execução dos diferentes moldes. Esta

atualização de registos é feita individualmente e de forma manual. O processo da atualização

da base de dados, tem como base a informação do registo de tempos, acarretando/traspondo a

falta de rigor dos registos realizados anteriormente para a base de dados.



3.1.3.3. Observações

A forma como são efetuados os registos na empresa Simoldes Aços, registos manuais, traduz-

se num processo demorado e impreciso. Como consequências diretas deste tipo de registo

podem-se destacar os seguintes:

1. Inexistência de controlo em tempo real dos diferentes estados de cada máquina;

2. Escassez de informação sobre taxas de ocupação de maquinaria, o que se traduz a nível

de gestão e planeamento numa dificuldade acrescida;

3. Registos imprecisos associados a execução de diferentes componentes do molde.

3.2. Tecnologia Antecessora

Nesta secção pretende-se expor todas as formas e tecnologias que foram testadas/aplicadas para

o registo dos diferentes estados das máquinas na empresa Simoldes Aços. Assim vão ser

analisados três formas de controlo: A observação “OneShot”, Conjugação de um software e

hardware de uma empresa externa e o Tracker PLC.

3.2.1. Observação “OneShot”

Apesar de ser uma forma bastante simples e utilizada desde os primórdios da indústria em geral,

foi similarmente realizada pela minha pessoa no decorrer do estágio. Esta forma de registo de

informação é apresentada da seguinte forma: Um colaborador da empresa passa pelas diferentes

máquinas e analisa o estado em que estão (a trabalhar ou paradas), apontando essa informação

num documento. Mais tarde a informação é transcrita para ficheiros informáticos que permitem

realizar diferentes estudos e análises. A figura 3.2 (página seguinte) representa os dados

recolhidos durante o estágio. Nesta figura (3.2) a indicação de máquina a trabalhar corresponde

a “1”, assinalada com a cor verde e a indicação de máquina parada corresponde a “0”, assinalado

com a cor vermelha. É também possível verificar a percentagem de ativação correspondente a

cada máquina.


18

A figura seguinte (3.2), apresenta os dados recolhidos da observação “OneShot”.

Figura 3. 2 ˗ Dados recolhidos durante o estágio.

Dia

hora 10:40 15:00 16:45 8:30 11:30 14:30 16:30 9:00 11:15 13:45 16:00 8:45 11:45 14:30 16:45 9:00 13:30 16:40 9:30 11:55 15:45 8:20 12:20 15:30 16:35 9:20 12:15 15:30 9:00 13:50 16:40 10:55 16:30 9:20 10:55 16:05 8:55 14:05 11:00 15:15 8:50 11:20 15:30 13:50 16:55 11:05 16:50

CNC 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 25 47 53%

CNW 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 23 47 49%

CNG 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 15 47 32%

CNI 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 18 47 38%

CNS 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 13 47 28%

CNT 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 24 47 51%

CNU 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 24 47 51%

CNV 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 18 47 38%

CNX 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 20 47 43%

CNY 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 20 47 43%

CNJ 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 17 47 36%

CNK 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 19 47 40%

CNL 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 16 47 34%

CNM 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 20 47 43%

CNN 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 10 47 21%

HSC 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 38 47 81%

HSD 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 32 47 68%

HSB 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 38 47 81%

CNE 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 17 47 36%

HSA 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 27 47 57%

CNB 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 30 47 64%

CNP 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 27 47 57%

CNO 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 19 47 40%

HSH 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 39 47 83%

FI 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 22 47 47%

FM 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 26 47 55%

HSG 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 36 47 77%

HSF 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 37 47 79%

CNA 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 29 47 62%

FB 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 15 47 32%

HSE 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 27 47 57%Media/

leitura 42% 55% 58% 55% 48% 52% 52% 52% 58% 68% 42% 42% 48% 55% 58% 42% 55% 58% 58% 48% 42% 45% 45% 42% 48% 65% 35% 65% 55% 71% 52% 45% 35% 71% 48% 58% 55% 55% 52% 48% 42% 58% 42% 42% 52% 32% 45%

Leituras P. 13 17 18 17 15 16 16 16 18 21 13 13 15 17 18 13 17 18 18 15 13 14 14 13 15 20 11 20 17 22 16 14 11 22 15 18 17 17 16 15 13 18 13 13 16 10 14

19/mar 20/mar 23/mar 24/mar 26/mar 2/abr27/mar 30/mar 31/mar 1/abr 7/abr 8/abr 9/abr 10/abr 13/abr 14/abr



Na figura 3.3 é possível verificar a quantidade total de máquinas com maior e menor ativação

de trabalho. O número de máquinas a trabalhar considerado ideal, é entre 20 a 24 máquinas.

Esta condição não se verifica. Ao invés disso, a quantidade de máquinas que está em simultâneo

a trabalhar é entre 13 a 18 máquinas. Esta faixa situasse numa escala intermédia de ativação

pretendida.

Figura 3.3 ˗ Ativação e paragem de maquinaria.

Na figura 3.4 está apresentada de forma gráfica a informação presente na figura 3.3

Figura 3.4 ˗ Representação grafica de ativação e paragem de maquinaria.

Máquinas Ativas Numero de vezes

10 1

11 2

12 0

13 9

14 4

15 6

16 6

17 7

18 7

19 0

20 2

21 1

22 2

23 0

24 0


20

3.2.2. Software e Hardware em Testes

Antes da realização deste projeto, a empresa envergou pela procura de soluções já

desenvolvidas no mercado. Empresas especializadas neste tipo de soluções disponibilizaram-

se para ensaios, o que permitiu perceber à empresa Simoldes Aços a importância deste tipo de

produtos na indústria atual. O software e hardware permitiam o acesso à informação sobre os

tempos de paragem, avanço da ferramenta, designação dos componentes, tipo de operação,

duração da operação, entre outros. Todos os dados referidos eram registados e estavam

disponíveis para uma posterior análise.

Na figura 3.5 é visível a informação guardada por esta solução. Cada barra horizontal

corresponde a uma máquina, onde a cor verde assinala a máquina a trabalhar e a amarela indica

os tempos de paragem. A barra vermelha aparece cada vez que a máquina não está a trabalhar,

simbolizando um tempo de paragem não justificado. Posteriormente o operador tem a

responsabilidade de justificação deste período de paragem, através de seleção de paragem no

programa.

Figura 3.5 ˗ Informação apresentado por software em teste.

Para o uso desta solução foi necessário nos comandos mais antigos realizar a modificação de

ficheiros dos comandos, realizado pela FIDIA quando aplicável, e o acréscimo de hardware

(placas eletrónicas) ao quadro de controlo das máquinas. Estas alterações foram implementadas

pela empresa detentora do software.

3.2.3. Tracker PLC

O projeto “Tracker PLC”, surge na empresa na sequência dos projetos anteriores e devido à

necessidade cada vez mais presente da informação relativa aos estados em que as máquinas se

encontram juntamente com percentagens de ativação das mesmas.

Com este propósito foi selecionado um autómato industrial, Micrologix 1100 (Figura 3.6) para

o desenvolvimento do projeto Tracker PLC.

Figura 3.6 ˗ Autómato industrial, Micrologix 1100. [35]



A utilização de um autómato neste projeto está diretamente ligada ao facto de a sua lógica ser

programável podendo executar diferentes funções de acordo com as necessidades da empresa.

Para além desta mais-valia, outra, é a sua integração em redes indústrias típicas (Modbus /

Device Net / Profibus / AS-I) ou através de utilização da rede ethernet. Os dados recolhidos são

facilmente transmitidos para um sistema operativo tipo Windows.

O autómato selecionado permitia realizar monitorização em tempo real, executar ligações de

sinais digitais e analógicos de uma máquina, aquisição e processamento de dados, entre outras.

Com as tecnologias anteriores foi possível saber as percentagens de ativações das máquinas.

No entanto estas soluções por demasiado simplistas ou dispendiosas foram colocadas em

“standby”. O projeto apresentado e o relatório presente insere-se no contexto da necessidade de

desenvolvimento de uma solução que desse resposta à necessidade de informação relativa aos

diferentes estados das máquinas. No capítulo seguinte (capítulo 4) é descrito o processo de

desenvolvimento da solução interna e definições teóricas relativas ao projeto inserido no

estágio.

CAPÍTULO 4 Projeto Tracker


4. DESENVOLVIMENTO DO PROJETO TRACKER

4.1. Projeto Tracker

4.1.1. Descrição

O projeto Tracker integra-se nas atividades da empresa no controlo do processo de fresagem,

através da definição e identificação dos diferentes estados das máquinas fresadoras CNCs.

Caracteriza-se este projeto pela identificação de diferentes modelos de máquinas, dificuldades

encontradas, procura de soluções para o controlo do processo de fresagem, a implementação de

soluções e o envio de informação correspondente aos estados das máquinas para a rede interna

da empresa.

4.1.2. Objetivos

Os principais objetivos são a identificação dos diferentes estados, tais como Maquinação, Setup

e Paragem e o envio destes para a rede interna da unidade fabril. Objetivo também do projeto

são as diferentes informações resultantes complementares dos estados anteriores que

contribuem de forma significativa para um melhor conhecimento do processo produtivo de

fresagem CNC da unidade fabril.

Numa primeira fase o objetivo do projeto Tracker passava apenas pela instalação e testes

funcionais numa máquina CNC. No entanto com o decorrer do estágio o projeto foi expandido

para duas máquinas CNC (descritas na secção seguinte).

4.2. Caracterização das Máquinas

Os equipamentos envolvidos neste projeto são máquinas de fresagem CNC, para maquinação

de pequenos e médios componentes da construtora Rambaudi modelo 800.

Fundada em 1945 a Rambaudi (Figura 4.1) assinalou a história de máquinas de fresagem CNC,

com máquinas de fresagem e os seus centros de fresagem.

Figura 4.1 ˗ Logótipo da RAMBAUDI. [36]

Em 2010, a marca Rambaudi juntou-se ao Grupo Fair, (um dos maiores fabricantes mundiais

de máquinas de fresagem), encontrando-se presentemente no mercado como um parceiro

altamente bem qualificado/equipado e de confiança para o fornecimento de uma gama bastante

alargada de equipamentos, desde máquinas de alta velocidade, máquinas de incremento de alta

capacidade com 3 + 2, 5, 6 eixos e muitas outras soluções.

Na Figura 4.2 eFigura 4.3 é apresentado um esquemático das máquinas na vista frontal e de

topo. Na vista frontal são identificados os eixos X e Z, a base de apoio da máquina, a mesa de

movimento (eixo X) e a árvore (eixo Z) onde se encontra o motor elétrico.


24

Vista frontal:

Figura 4.2 ˗ Vista frontal de máquina CNC.

Na vista de topo é assinalado o eixo Y na mesa da máquina, o quadro de controlo, o comando

da máquina, a cablagem entre o quadro de controlo e a máquina e novamente a árvore.

Vista de topo:

Figura 4.3 ˗ Vista de topo de máquina CNC.

Eixo X

Eixo Z

Árvore

Mesa

Base da Apoio

Eixo Y

Mesa Árvore

Quadro de controlo

Cablagem

Comando



4.2.1. Rambaudi 800 (CNC)

A máquina Rambaudi 800, cuja terminação adotada na unidade fabril é CNC, é uma máquina

de fresagem CNC, com 3 graus de movimentos (X,Y,Z) produzindo componentes médios e

pequenos. O fabricante desta máquina foi a RAMBAUDI Industriale S.P.A., e o seu ano de

fabrico em 2002. Na Figura 4.4 é visível a máquina, na instalação fabril, bem como a sua

localização no layout da empresa Simoldes Aços.

criação de ferramentas e controlo de recursos para a ...€¦ · inácio de sousa adelino da...

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